共振能量转移(Resonance Energy Transfer, RET),作为一种发展较早的光字技术,现在已经成为了分析检测以及生物成像中常用的方法。在RET中,供体生色团与受体生色团之间可以通过偶极-偶极的作用进行耦合,将能量以非辐射的方式从供体传递给受体。这一过程的发生与供受体对之间的距离是密切相关的。因此RET也成为检测纳米级距离和纳米级距离变化的有力工具,在生物大分子相互作用分析、细胞生理研究、免疫分析等方面有着广泛的应用。在能量转移的过程中,因为罗丹明及其衍生物通常具有较高的量子效率,而常常被用作能量转移的供体。碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)作为能量供体的研究相对较少。这首先是由于CQDs的研究尚属于起步阶段,其次则是由于CQDs的修饰以及功能化的方法有限。在目前建立的共振能量转移过程中,金纳米颗粒由于其易于制备并且具有独特的局域表面自由电子等性质,常常成为能量转移中的能量受体。常见的金纳米颗粒参与的能量转移过程包括纳米金属表面能量转移、等离子体共振能量转移以及金属增强荧光。而在能量转移过程的研究中,对于能量转移的干扰方法也仅限于针对供体、受体以及距离的改变。这种直接的干预过程可以产生明显的效果,但可否采用一种非直接的干扰方式,使得对能量转移过程的观察不会直接影响其发生过程呢?针对上述提到的研究现状和困扰,参照已有的工作基础,本论文将围绕能量转移供体的合成、功能化,以及基于金纳米颗粒参与的能量转移过程展开如下的具体工作：1.水热合成法制备具有高量子产率的碳量子点作为能量转移潜在供体首先,以富勒烯为碳源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为钝化剂,在碱性条件下利用水热合成法氧化得到了一种具有高光致发光量子产率的CQDs。通过透射电镜、动态光散射、尺寸排阻色谱等方式证实该CQDs为尺寸分布均匀的近似于球型的纳米颗粒。傅立叶变换红外光谱、X射线能谱、核磁共振波谱以及拉曼光谱等方法确定了该CQDs表面富含羧基。通过调整合成方法,其量子产率最高可达到80%(平均量子产率66±14%)。在290 nm至380 nm的激发光激发下,该CQDs展现出主峰固定在395 nm的发射光。进一步的实验证实了表面活性剂CTAB对于碳量子点的高量子产率有着不可或缺的作用,其存在可以显著的降低非辐射能量衰减过程并且激活辐射能量衰减过程。后续的实验进一步的发现限制该CQDs的转动可以起到提高碳量子点发光效率的目的。当采用不同的方法使得CQDs聚集之后,其发光表现出聚集导致荧光增强的现象,这在CQDs的性质研究中尚属首次报道。该量子点可以作为能量转移的潜在供体,其成功合成丰富了能量转移过程中供受体对的选择,为后续的研究提供了新的可能。2.点击化学修饰高量子产率碳量子点用于与金纳米颗粒的能量转移以及细胞核靶向成像进一步的实验,我们采用了有机合成的方式,在N,N’-羰基二咪唑的催化作用下,将羧基化CQDs与炔丙基胺进行酰胺键的偶联。通过薄层色谱法观察,硅胶色谱法分离,红外光谱分析,我们可以确定CQDs表面的炔基化是成功的。炔基化CQDs量子产率为56%,粒径大小为3.75±1.25 nm。利用本实验室现有工作的基础,我们采用了硫硒化铜纳米颗粒催化了炔基化CQDs和叠氮基化的发架结构DNA之间的点击化学,并利用琼脂糖凝胶电泳色谱可以证实CQDs-DNA复合物的形成。进一步的实验验证了DNA与CQDs之间的点击化学并不会影响DNA后续与金纳米颗粒之间的共价结合。并且在形成了CQDs-DNA-AuNPs复合物之后,我们观察到了金属增强荧光的效果,增强效率为57%。而利用金属增强荧光的现象,我们可以实现对发架结构DNA环部的单碱基错配的识别。进一步的实验,通过将炔基化的碳量子点与叠氮基化的核靶向序列(NLS)多肽进行共价结合后,成功实现了利用碳量子点对细胞核的靶向成像。3.基于罗丹明衍生物与金纳米颗粒的等离子体共振能量转移实现铜、汞离子的检测利用氢氧化钠对二氧化硅的腐蚀作用,我们合成了介孔硅包被的金纳米颗粒。通过扫描电子显微镜、吸收光谱以及动态光散射我们可以确定二氧化硅的包覆,以及介孔硅的形成。将合成的罗丹明B酰肼或者罗丹明B乙二胺通过扩散作用与介孔硅包被的金纳米颗粒进行掺杂后,利用暗场显微镜成功观察到铜离子加入致使罗丹明B衍生物开环而导致的等离子体共振能量转移。在加入靶物离子后,金纳米颗粒的散射光以及光谱强度都发生明显猝灭。该方法可以用于选择性的识别特定离子,而考察的其余八种金属离子没有明显的猝灭效果。通过对罗丹明B的介孔硅包被的金纳米颗粒的电场模拟,我们可以发现罗丹明B与金纳米颗粒的电场之间存在相互作用,而这应该是导致金纳米颗粒散射光猝灭的原因。4.构建基于罗丹明衍生物与金纳米颗粒之间的双向的能量转移体系通过点击化学的方式将叠氮基化的四甲基罗丹明分子与表面炔基化的金纳米颗粒进行共价结合,建立了纳米金属表面能量转移与等离子体共振能量转移共存的双向能量转移体系。在这一体系中,四甲基罗丹明是纳米金属表面能量转移的能量供体以及等离子体共振能量转移的能量受体,金纳米颗粒则分别是这两种能量转移的能量受体和能量供体。我们通过荧光光谱证实了纳米金属表面能量转移的发生,并且在同一体系中利用暗场显微镜及暗场散射光谱系统证实了等离子体共振能量转移的共同存在。进一步的,我们使用计算模型对于两种过程进行了模拟,证明从理论上两种过程是可以同时存在在一对供受体对中的。而在改变能量转移供受体对干扰等离子体共振能量转移过程的时候发现会对纳米金属表面能量转移的猝灭效率产生影响。这个现象说明两个能量转移并不是单纯的组合,而存在着相互之间的能量交换。总而言之,本论文研究了贵金属金纳米颗粒参与的一系列能量转移过程,对能量转移供体的合成以及修饰,新的能量转移体系的建立进行了一系列的研究。通过该论文的研究内容,可以开发得到更多的共振能量转移体系,对于实现更简便、更灵敏的分析检测方法是有重要意义的。